水压试验封头和平盖厚度计算

压力容器强度计算压力强度计算在压力的设计过程中，首先需要确定设计参数。

我国现行的压力标准为GB150-98“钢制压力”国家标准。

该标准采用弹性失效准则和稳定失效准则，应用解析法进行应力计算，比较简便。

与之相似的是，JB4732-1995《钢制压力—分析设计标准》允许采用高的设计强度，从而在相同设计条件下，减少厚度和重量，但计算比较复杂，采用塑性失效准则、失稳失效准则和疲劳失效准则，与美国的ASME标准思路相似。

在确定设计参数时，需要考虑直径。

对于用钢板卷制的筒体，以内径作为其公称直径。

而如果筒体是使用无缝钢管直接截取的，则规定使用钢管的外径作为筒体的公称直径。

表格1和表格2分别列出了压力的公称直径。

设计压力是指设定的顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷条件，其值不低于工作压力。

在设计压力的确定中，需要考虑相关的基本概念。

工作压力Pw在正常的工作情况下，顶部可能达到的最高压力。

对于塔类直立，直立进行水压试验的压力和卧置时不同。

工作压力是根据工艺条件决定的，顶部的压力和底部可能不同，许多塔器顶部的压力并不是其实际最高工作压力。

标准中的最大工作压力、最高工作压力和工作压力概念相同。

计算压力Pc是GB150-1998新增加的内容，是指在相应设计温度下，用以确定元件厚度的压力，其中包括液柱静压力。

当静压力值小于5％的设计压力时，可略去静压力。

在设计压力的确定中，需要注意与GB150-1989对设计压力规定的区别。

第二节内压筒体与封头厚度的设计1.内压圆筒的厚度设计根据GB150-1998的定义，内压圆筒壁内的基本应力是薄膜应力，由第三强度理论可知薄膜应力的强度条件为：σr3σ]t，σr3t PD/2δ。

其中，[σ]是制造筒体钢板在设计温度下的许用应力。

考虑到焊接接头的影响，公式（1）中的许用应力应使用强度可能较低的焊接接头金属的许用应力，即把钢板的许用应力乘以焊缝系数。

因此，内压圆筒的理论计算厚度δ应满足δ≥PcDi/2[σ]tϕ，其中D为中径。

课程设计题目：液溴储罐的设计专业：化学工程与工艺班级：学号：姓名：指导老师：设计题目液溴储罐的设计工艺数据：储罐内径：2200mm储罐长度（不包括封头）：4400mm地点：德州设夏季最高温度时物料的饱和蒸汽压为1.6 MPa 密度：3.119克每立方厘米熔点：-7.2℃沸点：58.78℃目录设计题目 (2)第一章总论 (1)1.1 概述 (1)1.2 设计依据和原则 (1)第二章工艺参数的确定 (2)2.1 设计温度的确定 (2)2.2 设计压力的确定 (2)2.3 筒体和封头的选材及机构 (2)2.3.1 液溴的性质 (2)2.3.2 筒体、封头的选材 (3)2.3.3 筒体、封头的结构 (3)第三章设计计算 (4)3.1 筒体的计算 (4)3.2 封头的计算 (4)3.3 水压试验及强度校核 (4)第四章附件的选择及计算 (6)4.1 法兰的选择 (6)4.1.1 法兰类型的选择 (6)4.1.2 法兰密封面的选择 (6)4.1.3 垫片、螺栓的选择 (6)4.1.4 法兰最终选择 (7)4.2 人孔的选择计算 (7)4.2.1 人孔的选择 (7)4.2.2 人孔补强的确定 (8)4.3 卧式容器支座的选择及计算 (8)4.3.1 支座的选择 (8)4.2.2 鞍座的选用原则 (8)4.2.3 鞍座负荷计算 (8)4.4 液面计的选择 (10)4.5接口管的选择 (10)4.5.1 液溴进出料管 (10)4.5.2 排污管 (10)4.5.3 安全阀接口管 (10)第五章设备的校核计算 (11)5.1筒体和封头切向应力校核 (11)5.1.1筒体切向应力计算 (11)5.1.2封头切向应力计算 (11)5.2筒体轴向应力校核 (11)5.2.1 由设计压力引起的轴向应力 (11)5.2.2 轴向应力组合与校核 (11)参考文献 (13)总结 (14)第一章总论1.1 概述本设计是为德州地区的工厂设计一液溴储罐。

压力容器封头最小成形厚度的检验确定作者：张丽亚来源：《中国科技博览》2013年第07期[摘要]封头是压力容器的一个主要承压部件，也是原子能、石油化工、食品制药等行业压力容器设备中不可或缺的重要部件，封头质量的高低直接影响着压力容器的运行安全效果，本文主要探讨压力容器中封头最小成形厚度的检验和计算。

[关键词]压力容器封头最小成形厚度中图分类号：TH49 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）07-0265-01一、引言封头是压力容器的组成部件之一，是压力容器上的端盖，是压力容器的一个主要承压部件，封头是原子能、石油化工、食品制药等行业压力容器设备中不可或缺的重要部件，其用途非常广泛，可以用于各种容器设备，如储罐、换热器、塔、反应釜、锅炉、分离设备等。

封头的分类方法较多，依据封头的几何形状，可以将封头分为球形封头、椭圆形封头、碟形封头、球冠形封头、锥壳封头以及平盖封头六种，其中球形封头、椭圆形封头、碟形封头和球冠型封头统称为凸形封头；依据封头的焊接方式来分，可以将其分为对焊封头和承插焊封头两种。

封头的材质有碳钢、不锈钢、合金钢、铝、钛、铜、镍及镍合金等。

其工作原理是在设备的压力容器起密封作用，既可以用于罐形压力容器的上下底，也可以用于管道的两端，一般情况下，在封头焊接好之后是不可再拆卸，与封头配套的管件主要有管道、压力容器、法兰盘、弯头、三通、四通等。

封头质量的高低直接影响着压力容器的运行安全效果。

按照《压力容器封头》的相关规定，对于封头要控制好最小的成形厚度，因此，在封头的制作中，要确定好封头的最小成形厚度以及其后去的检验问题。

二、关于压力容器封头最小成形厚度的规定作为压力容器用封头其最小厚度应符合《压力容器封头》的标准以及图样的要求，即封头的最小成形厚度应该大于封头名义上的厚度减去钢板厚度负偏差C1的要求，一般情况下，封头成形厚度减薄率在12%到16%之间，因此，如果用设计图样标注厚度的钢板压制压力容器用钢封头将不能满足标准规定的要求。

长输管道压力试验封头型式及厚度的确定符号说明δ——计算厚度，mm；——计算压力，MPa；等于设计压力与压力试验管段液位高差静压力之和；PcD——封头内直径，mm；i[σ]t——设计温度下材料的许用应力，MPa；φ——焊接接头系数，采用整板料取1；α——圆锥半顶角，（°）；压力试验是管道施工涉及人身和财产安全的关键工序，在管道设计规范、施工规范中均未对管道压力试验的封头型式、材质与厚度作出相应的规定，施工单位一般根据经验和材料的实际情况确定，存在着较大的安全风险。

但压力管道（最大直径φ1219mm，最高设计压力10MPa）与压力容器（最大直径超过φ5000mm，最高设计压力大于100MPa）同属承压类特种设备，把管道等同于筒体很长的压力容器，管道压力试验与压力容器的压力试验就是完全相同的，因此，用压力容器的方法确定长输管道试压封头是满足管道要求的。

管道压力试验的封头型式、材质与厚度可以根据压力容器的基本要求和计算方法确定。

1 封头型式的确定压力容器用封头根据几何形状的不同，一般分为球形封头、椭圆封头、碟形封头、锥形封头、平盖等。

以峰值应力和截面突变情况为依据，优先选用球形封头，其它封头依次次之，平盖的受力状况最差，截面突变最大。

1.1球形封头球形封头截面形状为半球形，球形封头没有相应的专业制造标准，到目前为止，一般按照GB150进行设计计算，参照JB/T4746制造，根据需要，封头直边可有可无，供需双方协商确定。

由于截面突变最小，其受力状况最好，在同等条件下所需的金属厚度最小，其厚度计算公式为：δ=PcDi4[σ]tφ-Pc但由于封头深度较大，加工难度相对较大，且考虑到与管道（筒体）等厚度焊接的因素，从经济适用出发，球形封头一般用于压力较高的场合才能体现其受力状况佳、用料厚度较小的优势。

建议设计压力≥8.0MPa的管道采用球形封头作为试压封头。

1.2椭圆封头（本文指标准椭圆封头）椭圆封头截面形状为半椭圆形，按GB150进行设计计算，按JB/T4746制造加工。

压力容器设计中焊接接头系数Υ值的选取李业勤3 尤爱珍　(宜兴市洪流集团公司)(常州化工设备有限公司) 摘　要　对压力容器设计中几处焊接接头系数Υ值的选取,论述了自己的观点。

关键词　压力容器　焊接接头系数 在学习贯彻GB150-1998、GB151-1999以及国家质量技术监督局《压力容器安全技术监察规程》(下简称《容规》)的过程中,有几处焊接接头系数Υ值的选取易引起争议,为此,笔者谈一下自己的看法,供参考。

1　开孔处计算厚度∆计算式中Υ值的选取 GB150-1998中的81511款给出了对内压容器开孔所需补强面积的计算式:A=d∆+2∆∆et(1-f r)(1)式中∆为开孔处计算厚度。

显然,要求取∆值,就必需解决开孔处焊接接头系数Υ值如何选取的问题。

当壳体的焊接接头系数Υ=1时,任意开孔处Υ=1。

若有人提出,当开孔正好在B类焊接接头上,而B类Υ值又不为1,怎么办?笔者认为,由于B类Υ值不会小于015,不会对开孔处Υ值造成影响。

当壳体Υ值小于1时,开孔处Υ如何选取?这个问题比较复杂,现分析如下: (1)开孔处有效补强范围内,计算截面为母材,此时Υ=1。

(2)开孔处有效补强范围内,计算截面穿过B类焊接接头,由于B类Υ值不小于015,故对计算截面(对圆筒体为轴向截面)而言,其Υ值可取1。

(3)开孔处有效补强范围内,计算截面正好穿过A类焊接接头,而A类Υ值又小于1,例如0185等,笔者认为可仍取1。

理由是:根据GB150-1998第10181212c)款以及10181411 b)和10181412b)款,以开孔中心为圆心、115倍开孔直径为半径的圆中所包容的焊接接头应全部检测,射线检测、超声检测合格的级别分别为不低于 级和不低于 级,即与壳体相一致,《容规》亦有同样规定,因此有人认为Υ值应等同于壳体的Υ值。

从合理的角度考虑,Υ值取小于1的值,有一定道理,但是,由于设计人员在进行设计计算时是无法预先知道这一情况的,更何况计算截面正好位于A类焊接接头上的情形十分少,如果连这一比较特殊的情形也要分清Υ=1还是Υ<1,对设计人员而言未免太苛刻了。

第三章 压力容器常见结构的设计计算方法常见结构的设计计算方法4.1 圆筒4.2 球壳 4.3 封头4.4 开孔与开孔补强 4.5 法兰4.6 检验中的强度校核4.1.1 内压圆筒 1）GB150中关于内压壳体的强度计算考虑的失效模式是结 构在一次加载下的塑性破坏，即弹性失效设计准则。

2）壁厚设计釆用材料力学解（中径公式）计算应力，利用第一强度理论作为控制。

轴向应力：环向应力：（取单位轴向长度的半个圆环）校核：σ1＝σθ，σ2＝σz ，σ1＝0 σθ≤[σ]t ·φ对应的极限压力：2）弹性力学解（拉美公式）讨论：1）主应力方向？应力分布规律？径向、环向应力非线形分布（内壁应力绝对值最大），轴向应力均布； 2）K 对应力分布的影响？越大分布越不均匀，说明材料的利用不充分； 例如，k ＝1.1时，R ＝1.1内外壁应力相差10%； K ＝1.3时，R ＝1.35内外壁应力相差35%； 4 常见结构的设计计算方法 962）弹性力学解（拉美公式）主应力：σ1＝σθ，σ2＝σz ，σ3＝σr 屈服条件：σⅠ＝σ1＝σθ＝σⅡ＝σ1－μ（σ2＋σ3）＝σⅢ＝σ1－σ3＝σⅣ＝3）GB150规定圆筒计算公式（中径公式）的使用范围为：p/[σ]·φ≤0.4（即≤1.5）4.1.2 外压圆筒1）GB150中关于外压壳体的计算所考虑的失效模式：弹性失效准则和失稳失效准则（结构在横向外压作用下的横向端面失去原来的圆形，或轴向载荷下的轴向截面规则变化）2）失稳临界压力的计算长圆筒的失稳临界压力（按Bresse公式）：长圆筒的失稳临界压力（按简化的Misse公式）：失稳临界压力可按以下通用公式表示：圆筒失稳时的环向应力和应变：定义——外压应变系数于是取稳定系数m＝3，有·应变系数A的物理意义－系数A是受外压筒体刚失稳时的环向应变，该系数仅与筒体的几何参数L、D。

、δe 有关，与材料性能无关·应力系数B的物理意义：与系数A之间反映了材料的应力和应变关系（应力），可将材料的δ－ε曲线沿σ轴乘以2/3而得到B－A曲线。

前言本次设计主要在于巩固过程设备设计这门课程所学的相关知识，是该课程的一个总结性教学环节。

在整个教学计划中，它培养学生初步掌握化工设备工程设计的过程，熟悉设计之中所设计的标准，规范的内容和使用方法，是毕业设计的一次预演。

过程设备在生产技术领域中的应用十分广泛，是化工，炼油，轻工，交通，食品，制药，冶金，纺织，城建，海洋工程等传统部门所必需的关键设备。

一些新技术领域，如航空航天技术，能源技术等，也离不开过程设备。

而压力容器是广泛用于各种行业的特种设备。

由于涉及人的生命和工业生产安全，历来受到国家及有关各级行政部门的高度重视，制订了一系列法规、规定和条例。

而过程设备设计这门课正是压力容器设计的核心课程。

我们这次主要是关于液化石油气储罐的设计。

主要指导思想是：1.选材合理，备料方便；2.结构设计保证工艺过程顺利和进行并使得运输，安装盒维修方便。

3.全部设计工作均符合现行标准和规范。

4.保证设备安全。

第一章 设计参数的选择设计题目：液化石油气储罐设计 已知条件：工作压力为0.79MPa ，在武汉地区储罐的工作温度为-19℃~50℃，容积为853m 。

分析：此设备为低压容器，液化石油气为易燃气体，因此其应为第二类压力容器。

设计压力：取最高工作压力的1.1倍，即 1.10.790.869P MPa =⨯=。

设计温度：最高工作温度为50℃，一般当W T >15℃时，介质设计温度应在工作温度的基础上加15~30℃，故可取设计温度为70℃。

主要受压元件材料的选择：0.869P MPa =，设计温度为70℃，综合考虑安全性和经济性，查询有关资料，选择16MnR （Q345R ），假设壳体厚度在6~16mm 范围内，查表GB150中表4-1可得[]170MPa σ=，[]170tMPa σ=，R 345eL MPa =。

第二章 容器强度的计算及校核2.1 封头与筒体的厚度计算：2.1.1 考虑采用双面对接焊，局部无损擦伤，焊接接头系数取0.85ϕ=。